过去多年通信市场主要是由于移动信通所带动,而手机通信发展成熟放缓后,车载通信技术却方兴未艾,这给RTC开辟了一个更广阔的市场。2019年以来,美国政府不断加大阻遏中国半导体的力度。2020年下半年全球缺芯爆发之后,RTC芯片也出现了严重的缺货。业内人士认为高精度RTC也将成为卡脖子器件,所以市场急需国产高精度RTC器件。

时钟(TC)是最基础的电子元器件之一,是时序逻辑的基础,用于决定逻辑单元中的状态何时更新。几乎所有电子产品都需要时钟信号,而实时时钟(Real_Time Clock,RTC)产品主要是实现时钟计时功能,由RTC芯片与32K晶体配合来共同完成。

在通信技术发展过程中,高阶通信调制技术带来了对时钟精度和噪声更苛刻的需求。比如现在的通信调制大都采用了QAM调制(正交幅度调制),这是一种同时对相位和振幅的调制,目前最高已经达到了1024QAM,即一个波形就可以表达2的10次方(1024)的数据(如下图右下角的图示,QAM引入了星座图,星座图上的每一个点都可以用一个夹角和该点到原点的距离表示),即10bit的数据。

发送一个符号所用的载波频宽是固定的,发送时长也是一定的,点数越多意味着两个符号之间差异就越小。因此对于时钟的精度和噪声也要求更苛刻。这就相当于在一个本就极为短暂的通信波段内,需要利用时钟精确的将其按照时序划分成1024个部分,以便于精确的识别每个点位,避免偏差。往往传输带宽或传输速率大幅提升,这都需要更高阶的通信调制。

过去多年通信市场主要是由于移动信通所带动,而手机通信发展成熟放缓后,车载通信技术却方兴未艾,这给RTC开辟了一个更广阔的市场。

“汽车是通信需求最复杂的产品,应用场景复杂多样,需求种类很多,但相比手机,汽车体积大、电力足、有更宽容的条件去支撑更高性能的通信指标,因而将来的发展空间很大,所以车载时钟芯片将来对相噪要求也必将水涨船高。” 在8月5日由中国半导体行业协会集成电路设计分会和芯原微电子(上海)股份有限公司联合主办的“第十二届松山湖中国IC创新高峰论坛”(简称“松山湖论坛”)上,大普通信CTO田学红分享了高精度RTC在汽车电子中的应用前景,并介绍了公司最新的车规级高精度RTC产品 INS5A8900 & INS5A8804。

大普通信CTO田学红

高精度RTC对于汽车的重要性

田学红认为,汽车自动驾驶需要的高精度定位,就需要时钟器件继续大幅提升稳定度。这有两个原因,一是汽车自动驾驶完全依赖卫星信号,定位极易受到干扰 ,卫星信号极易受大气气体,云、雨、等等天气因素以及 强电磁信号的影响; 二是地面卫星信号接收机(手机、汽车等)处于不断移动过程中,会被高楼遮挡或隧道屏蔽。

基于高稳定度的本地时钟,可以弥补卫星信号受到干扰后的定位偏差,把干扰导致的异常数据纠正回来,确保定位精度的稳定,再加上惯性导航辅助,可以在各种情况下保证定位精度在亚米级。

“这在未来的自动驾驶中,是必须要解决的核心问题。” 田学红说到。

RTC是车载电子中多个系统的基础功能单元。例如在BMS模块中RTC是唤醒源之一,它始终保持监测状态,可以触发BMS对自身工作模式(休眠、运行...)的管理;RTC又是SoC电池管理算法的输入条件,可用于定期对SoC进行修正;作为日历时间,RTC可提供日历(年、月、日、时、分、秒)、计数器、报警、定时唤醒、中断等多种功能,还可以作为 32.768kHz频率源输出,为BMS提供历史数据和故障信息对应的时间坐标。

RTC在汽车仪表、车载监控主机、车辆控制单元(T-BOX)、中控显示屏以及车载信息娱乐系统中都有应用。

不过田学红指出,RTC芯片是一项复杂的设计工程,它需要将晶体特性和芯片设计完美的结合起来,才能达到最佳性能状态,设计门槛要求较高。

大普通信车规级高精度实时时钟芯片

大普通信这次推荐的RTC芯片有两款,均采用自主研发设计的芯片、高精度温补算法和全流程自动测试系统及设备,由战略供应伙伴泰晶提供车规级石英晶片和陶瓷封装,实现了全国产化方案。

INS5A89XX 是一款高精度、低功耗、车规级实时时钟芯片,内置32.768KHz 晶振、高精度温度传感器以及温度补偿电路,自动调整时钟精度。具有I2C 通信接口,支持日历(年、月、日、时、分、秒)和时钟计时等多种功能。

INS5A88XX 也是一款高精度、低功耗、车规级实时时钟芯片,与89系列最大的区别是88系列多了一个监测功能,支持外部事件记录,最多可以记录128个事件。

据悉,INS5A8900 & INS5A8804车规级RTC在芯片设计上极大限度地考虑了冗余和抗撞击特性,从而大大提升了产品性能指标,保证在恶劣环境下正常工作,具有高精度、低功耗、宽温区、小尺寸、高可靠性等特性,研发样品已通过CNAS实验室“极限健壮性测试”,并将通过AEC-Q100测试。

据田学红介绍,INS5A8900 & INS5A8804车规级RTC在软硬件设计上充分考虑与市场主流车规级RTC兼容性,与国际主流品牌型号完全兼容,可以快速帮助客户实现无缝切换,实现国产替代,在我国汽车电子国产化道路上又添新成员,为智能汽车产业崛起添砖加瓦。

大普通信RTC的关键指标测试和极限健壮性测试,相对竞品表现更好

INS5A8900 & INS5A8804车规级RTC可以用于汽车电子的多个智能子系统,如:中控、仪表、音响、智能座舱、车载T-BOX、电池管理系统(BMS)、驾驶监控系统(DMS)、高级驾驶辅助系统(ADAS)、智能蓝牙钥匙等。这两款芯片计划将在今年11月量产。

国货RTC之光,兼顾国产化和国际化

数据显示,2020年,全球RTC市场规模达到了104亿元,预计2026年将达到150亿元,年复合增长率(CAGR)为5.3%。但是,RTC芯片,特别是高精度的RTC主要被EPSON、NXP、RENESAS、MAXIM等国际大厂垄断,特别是EPSON和NXP的市占率较高。

2019年以来,美国政府不断加大阻遏中国半导体的力度。2020年下半年全球缺芯爆发之后,RTC芯片也出现了严重的缺货。业内人士认为高精度RTC也将成为卡脖子器件,所以市场急需国产高精度RTC器件。

大普通信就是这样一家公司,他们2005年成立于东莞松山湖, 17 年来一直专注在高精度时钟产品。目前已经拥有了全时钟系列产品,包括同步时钟等级国际标准(GR-1244-CORE)1级钟、2级钟、3级钟、4级钟。同时,大普通信还拥有基于IEEE1588标准时钟同步芯片和时钟缓存器芯片。在打破了国外垄断的同时,还实现了高水平的国产替代。目前大普通信的RTC芯片产品也已通过了各大行业头部客户的认证,并进入批量交付。

大普通信RTC产品已实现全系列化,包括:超高精度、低功耗、宽温区、小尺寸、快启动、高抗震等系列,产品从车规级、工规级到消费级,广泛应用于通信设备、电力、工控、汽车电子、仪器仪表、智慧医疗、智能家居、智能家电、消费电子、AIoT等众多领域,可以全方位满足不同客户的差异化需求。

跟随于3G,成长于4G,领先于5G,大普通信已成为全球五大通信设备商及主要设备提供商的战略合作伙伴。虽然17年历史相比于国际大厂的几十年、上百年来说不算长,但基于全流程自研的路线(包括制造设备和软件),公司拥有很大的研发自由度,在良率方面的优势也非常明显。

田学红表示,“时钟类的器件的特点是,很难依赖于行业标准的生产系统来完成生产流程。过去生产和制造设备主要被日系厂商控制,而大普通信现在是前端的设计和后端制造全部都实现了自主,我们基本上不会受到太多制约。”

据透露,目前大普通信的时钟产品,在技术上已经成为全球第二名(EPSON成唯一竞争对手),而在出货量方面,也占据高端市场重要份额,其中有近一半的销售额来自海外的客户。

“大普不单要国产化,还要国际化。做开创性的产品,不是简单做国产替代,我们虽然有去兼容国外厂商的产品,但那不是我们想要做的,而是行业必须要做到的。” 田学红说到,“我们每一个供应链在日本、台湾、大陆都有布局,做双备份的目的是让客户不会被任何地缘政治因素的影响,拥有更安全的供应链。”

时下,全球电子和半导体产业的供应链受到了格外关注。2022年8月16-17日,Aspencore将在南京国际博览中心2号馆举办IIC Shanghai (国际集成电路展览会暨研讨会),届时美国半导体行业协会(SIA)副总裁 Jimmy Goodrich 将在17日举办的2022 中国IC领袖峰会圆桌论坛上发表主题为《全球半导体行业展望及供应链合作共赢》的演讲,同日的圆桌论坛也将以《技术创新与供应链安全的双轮协同发展》为主题,邀请业界大咖进行探讨。欢迎大家点击这里报名,到场交流相关话题。

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